Di era kemajuan teknologi yang pesat saat ini, komposit serat karbon semakin dikenal di berbagai bidang karena kinerjanya yang unggul. Dari aplikasi kelas atas di bidang kedirgantaraan hingga kebutuhan sehari-hari untuk perlengkapan olahraga, komposit serat karbon telah menunjukkan potensi yang besar. Namun, untuk menyiapkan komposit serat karbon berkinerja tinggi, diperlukan perawatan aktivasiserat karbonmerupakan langkah yang krusial.
Gambar mikroskop elektron permukaan serat karbon
Serat karbon, bahan serat berkinerja tinggi, memiliki banyak sifat yang menarik. Serat karbon sebagian besar terdiri dari karbon dan memiliki struktur filamen memanjang. Dari sudut pandang struktur permukaan, permukaan serat karbon relatif halus dan memiliki lebih sedikit gugus fungsi aktif. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa selama persiapan serat karbon, karbonisasi suhu tinggi dan perawatan lainnya membuat permukaan serat karbon memiliki keadaan yang lebih lembam. Sifat permukaan ini menghadirkan serangkaian tantangan dalam persiapan komposit serat karbon.
Permukaan yang halus membuat ikatan antara serat karbon dan material matriks menjadi lemah. Dalam persiapan komposit, material matriks sulit membentuk ikatan yang kuat pada permukaanserat karbon, yang memengaruhi kinerja keseluruhan material komposit. Kedua, kurangnya gugus fungsi aktif membatasi reaksi kimia antara serat karbon dan material matriks. Hal ini membuat ikatan antarmuka antara keduanya terutama bergantung pada efek fisik, seperti penempelan mekanis, dll., yang seringkali tidak cukup stabil dan rentan terhadap pemisahan saat mengalami gaya eksternal.
Diagram skema penguatan interlayer kain serat karbon dengan nanotube karbon
Untuk mengatasi masalah ini, diperlukan perawatan aktivasi serat karbon.serat karbonmenunjukkan perubahan signifikan dalam beberapa aspek.
Perlakuan aktivasi meningkatkan kekasaran permukaan serat karbon. Melalui oksidasi kimia, perlakuan plasma, dan metode lainnya, lubang dan alur kecil dapat diukir pada permukaan serat karbon, sehingga permukaannya menjadi kasar. Permukaan kasar ini meningkatkan area kontak antara serat karbon dan material substrat, yang meningkatkan ikatan mekanis antara keduanya. Ketika material matriks terikat pada serat karbon, material tersebut lebih mampu melekat pada struktur kasar ini, sehingga membentuk ikatan yang lebih kuat.
Perlakuan aktivasi dapat memperkenalkan banyak gugus fungsi reaktif pada permukaan serat karbon. Gugus fungsi ini dapat bereaksi secara kimia dengan gugus fungsi terkait dalam bahan matriks untuk membentuk ikatan kimia. Misalnya, perlakuan oksidasi dapat memperkenalkan gugus hidroksil, gugus karboksil, dan gugus fungsi lainnya pada permukaan serat karbon, yang dapat bereaksi denganepoksikelompok dalam matriks resin dan seterusnya untuk membentuk ikatan kovalen. Kekuatan ikatan kimia ini jauh lebih tinggi daripada ikatan fisik, yang sangat meningkatkan kekuatan ikatan antarmuka antara serat karbon dan bahan matriks.
Energi permukaan serat karbon aktif juga meningkat secara signifikan. Peningkatan energi permukaan membuat serat karbon lebih mudah dibasahi oleh bahan matriks, sehingga memudahkan penyebaran dan penetrasi bahan matriks pada permukaan serat karbon. Dalam proses penyiapan komposit, bahan matriks dapat didistribusikan lebih merata di sekitar serat karbon untuk membentuk struktur yang lebih padat. Hal ini tidak hanya meningkatkan sifat mekanis bahan komposit, tetapi juga meningkatkan sifat lainnya, seperti ketahanan terhadap korosi dan stabilitas termal.
Serat karbon aktif memiliki banyak keunggulan untuk persiapan komposit serat karbon.
Dari segi sifat mekanik, kekuatan ikatan antarmuka antara molekul yang diaktifkanserat karbondan material matriksnya sangat ditingkatkan, yang memungkinkan komposit mentransfer tekanan dengan lebih baik saat dikenai gaya eksternal. Ini berarti bahwa sifat mekanis komposit seperti kekuatan dan modulus ditingkatkan secara signifikan. Misalnya, di bidang kedirgantaraan, yang membutuhkan sifat mekanis yang sangat tinggi, komponen pesawat yang dibuat dengan komposit serat karbon aktif mampu menahan beban penerbangan yang lebih besar dan meningkatkan keamanan dan keandalan pesawat. Di bidang barang olahraga, seperti rangka sepeda, tongkat golf, dll., komposit serat karbon aktif dapat memberikan kekuatan dan kekakuan yang lebih baik, sekaligus mengurangi berat dan meningkatkan pengalaman atlet.
Dalam hal ketahanan korosi, karena pengenalan gugus fungsi reaktif pada permukaan serat karbon aktif, gugus fungsi ini dapat membentuk ikatan kimia yang lebih stabil dengan bahan matriks, sehingga meningkatkan ketahanan korosi komposit. Dalam beberapa kondisi lingkungan yang keras, seperti lingkungan laut, industri kimia, dll., karbon aktifkomposit serat karbondapat menahan erosi media korosif dengan lebih baik dan memperpanjang masa pakai. Hal ini sangat penting untuk beberapa peralatan dan struktur yang digunakan di lingkungan yang keras untuk waktu yang lama.
Dalam hal stabilitas termal, ikatan antarmuka yang baik antara serat karbon aktif dan material matriks dapat meningkatkan stabilitas termal komposit. Di bawah lingkungan suhu tinggi, komposit dapat mempertahankan sifat mekanis dan stabilitas dimensi yang lebih baik, serta tidak mudah mengalami deformasi dan kerusakan. Hal ini membuat komposit serat karbon aktif memiliki prospek aplikasi yang luas dalam aplikasi suhu tinggi, seperti komponen mesin otomotif dan komponen ujung panas mesin pesawat terbang.
Dalam hal kinerja pemrosesan, serat karbon aktif memiliki aktivitas permukaan yang lebih tinggi dan kompatibilitas yang lebih baik dengan material matriks. Hal ini memudahkan material matriks untuk menyusup dan mengeras pada permukaan serat karbon selama persiapan material komposit, sehingga meningkatkan efisiensi pemrosesan dan kualitas produk. Pada saat yang sama, kemampuan desain komposit serat karbon aktif juga ditingkatkan, sehingga memungkinkannya untuk disesuaikan untuk berbagai aplikasi dan memenuhi berbagai persyaratan teknik yang kompleks.
Oleh karena itu, pengobatan aktivasiserat karbonmerupakan mata rantai utama dalam penyiapan komposit serat karbon berkinerja tinggi. Melalui perlakuan aktivasi, struktur permukaan serat karbon dapat ditingkatkan untuk meningkatkan kekasaran permukaan, memperkenalkan gugus fungsi aktif, dan meningkatkan energi permukaan, sehingga dapat meningkatkan kekuatan ikatan antarmuka antara serat karbon dan material matriks, dan meletakkan dasar untuk penyiapan komposit serat karbon dengan sifat mekanik yang sangat baik, ketahanan terhadap korosi, stabilitas termal, dan kinerja pemrosesan. Dengan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi yang berkelanjutan, diyakini bahwa teknologi aktivasi serat karbon akan terus berinovasi dan berkembang, memberikan dukungan yang lebih kuat untuk aplikasi komposit serat karbon yang luas.
Shanghai Orisen Teknologi Material Baru Co., Ltd.
M: +86 18683776368 (juga whatsapp)
Telepon: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Alamat: NO.398 New Green Road, Kota Xinbang, Distrik Songjiang, Shanghai
Waktu posting: 04-Sep-2024